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高血压和动脉粥样硬化等心血管疾病常伴有细胞表型、形态结构与功能的改变,即发生血管重建(remodeling)。血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cell,VSMCs)作为血管壁中层的细胞成分,主要承载血管周期性张应变(cyclic mechanical strain)的作用。VSMCs与其他终末分化细胞不同,能在分化与去分化表型间转换。生理性张应变条件下,VSMCs呈收缩表型,维持血管的正常舒缩;病理性张应变条件下,VSMCs由收缩表型向合成表型转换,VSMCs去分化并参与血管重建。高血压时血管张应变病理性增加,诱导VSMCs去分化和血管舒缩功能异常,提示张应变在心血管疾病血管重建中起着重要的调控作用。同时,钙离子作为重要的第二信使,受到许多因素的调节,张应变也可能通过钙离子影响下游信号分子和细胞功能。与钙变化相关的离子通道也可能参与这一调控过程。大电导钙依赖激活钾离子通道(big conductance calcium and voltage-activated potassium channels,BK)广泛分布于VSMCs,主要调节血管张力和改善血管弹性。BK通道因含stress axis–regulated exons(STREX)序列,而具有力敏感特性,并且可能通过影响BK通道的表达和活性而与高血压密切相关。高血压时细胞钙内流增加,VSMCs收缩增强;同时,BK通道作为钙激活的钾离子通道,通过增加活性,减少细胞钙内流,可负反馈调节血管张力。在高血压状态下,动脉将承载病理性增高的周期性张应变作用。因此,探讨高周期性张应变条件下,BK通道如何变化及其对细胞内钙和细胞功能的调控,有助于阐明BK通道在高血压中的作用及机制。目前,VSMCs分化的力学生物学机制也尚不清楚。研究BK通道在张应变诱导VSMCs分化中的作用及力学信号转导机制,可以进一步了解力学因素在血管重建中的作用机制,为高血压的防治研究提供力学生物学(mechanobiology)实验依据。本文应用Flexcell细胞张应变加载系统对体外培养的VSMCs分别施加5%(生理性)和15%(病理性)周期性张应变后,western blot检测VSMCs分化指标α-肌动蛋白(α-actin)、调宁蛋白(calponin)和肌动蛋白相关蛋白(SM22),BK通道α亚基蛋白变化;PCR检测STREX m RNA的变化。应用细胞水平张应变加载装置对VSMCs分别施加5%和15%张应变后,膜片钳技术检测不同张应变组BK通道活性变化。为检测BK通道STREX序列在细胞响应张应变刺激中的作用,将HEK cells分别转染正常BK通道质粒(HEK-Slo)和剔除STREX的BK通道质粒(HEK-STREX delete)后,膜片钳检测BK通道活性变化。应用细胞钙成像技术分别检测5%和15%张应变组细胞钙振荡,通过建立内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ER stress)模型,对其标志蛋白x-box结合蛋白(x-box binding protein 1,xbp1)进行RNA干扰,共同探讨了张应变诱导VSMCs分化功能变化的机制。高表达BK通道后,western blot检测BK通道α亚基的表达对VSMCs分化功能的影响。结果显示,与5%生理性张应变组相比,15%病理性张应变组VSMCs分化指标以及BK通道α亚基蛋白表达量均显著下降,STREX m RNA水平显著升高。HEK cells分别转染BK通道质粒后,与HEK-STREX delete组相比,随着钙浓度的增加HEK-Slo组的BK电流显著增加;相同钙浓度条件下,随着钳制电压的增加HEK-Slo组的BK电流显著增加;在相同的钙浓度和钳制电压条件下,HEK-Slo组BK通道的电流也显著增加。对VSMCs和HEK cells加载张应变后,与5%张应变组相比,15%张应变组的BK电流显著增加;钙振荡频率显著增加;ER stress标志蛋白xbp1表达量显著增加。ER stress模型中xbp1剪接增加,STREX m RNA水平显著升高,VSMCs分化指标α-actin、calponin和SM22以及BK通道α亚基蛋白表达量均显著减少。干扰xbp1抑制ER stress后xbp1剪接减少,STREX m RNA水平显著降低,VSMCs分化指标α-actin、calponin和SM22以及BK通道α亚基蛋白表达量均显著增加。高表达BK通道后,VSMCs分化指标α-actin、calponin和SM22蛋白表达量均显著增加。无钙培养基条件下,ER stress显著降低VSMCs分化指标以及BK通道α亚基蛋白表达;与5%张应变组相比,15%张应变组显著降低VSMCs分化指标以及BK通道α亚基蛋白表达。上述结果表明,病理性张应变诱导了VSMCs去分化,激活了BK通道,通过ER stress/xbp1信号通路,又促进BK通道的STREX剪接及力响应敏感,加强BK通道对细胞内钙及VSMCs去分化的调控。这一结果提示,高血压时可通过增强BK通道舒张血管的作用,以维持正常的血管功能。